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10大著名悖论同心圆(追乌龟撞出大黑洞)

10大著名悖论同心圆(追乌龟撞出大黑洞)问题1:假如,阿基里斯跑的时候手里有个硬币,开始跑的时候记下乌龟的位置,在到达这个位置的时候就把硬币翻一个面,然后再看下乌龟的位置,在到达这个位置的时候再把硬币翻一个面,一直这么重复。请问阿基里斯在超过乌龟的时候硬币是正面还是反面?下面我们来思考两个引申问题:这个悖论甚至引发了第二次数学危机,现代大部分人都会条件反射地运用高等数学的“极限”或者“微积分”来解决这个悖论。实际上,解决这个悖论,根本不需要动用上述“核武器”,只需要一点哲学思考即可:芝诺在上面的诡辩中,其实巧妙地用空间上的无限分割把人们绕进去了,但是他有意回避了时间也是无限分割的。无论是空间还是时间,在这个故事中尽管被分割成了无限多项,但是总和的结果是有限的——如果芝诺否定这个结论,那么根据反证法,他就不得不放弃对空间无限分割的前提——一言以蔽之,无穷有两层含义:一个是项数的无穷,一个是结果的无穷,项数的无穷不等于结果的无穷。

引言

创建古希腊不可知论学派的巴门尼德,活跃于2500年前。巴门尼德认为那个年代的朴素唯物主义理论有一个弱点:既主张世界是由物质组成,但是又允许真空。 于是他提出:真空并不存在,整个世界由一个永恒、均匀、单一的球体构成,由此得出的一个直接推论是: 运动是不存在的。

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为了维护他的学说,他的得意弟子芝诺创造了著名的悖论。所谓的“悖论”就是隐含自相矛盾的陈述或者命题。国人接触最早的悖论就是小时候听到的“自相矛盾”的成语故事。

芝诺一生共提出过40个悖论,大部分已经失传,流传下来最有名的悖论就是——阿基里斯与乌龟悖论。

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该悖论中的阿基里斯 (Achilles) 是希腊神话中的勇士, 体力过人、 长于奔跑, 乌龟则是被广泛视为移动缓慢的动物。 阿基里斯与乌龟悖论宣称如果阿基里斯与乌龟赛跑, 只要让乌龟先爬一段路, 阿基里斯就不可能追上。 理由是: 每当阿基里斯追到乌龟先前所在的位置时, 乌龟总是又往前爬了一段…… 这个过程无法穷尽, 故而阿基里斯不可能追上乌龟。

这个悖论甚至引发了第二次数学危机,现代大部分人都会条件反射地运用高等数学的“极限”或者“微积分”来解决这个悖论。

实际上,解决这个悖论,根本不需要动用上述“核武器”,只需要一点哲学思考即可:

芝诺在上面的诡辩中,其实巧妙地用空间上的无限分割把人们绕进去了,但是他有意回避了时间也是无限分割的。无论是空间还是时间,在这个故事中尽管被分割成了无限多项,但是总和的结果是有限的——如果芝诺否定这个结论,那么根据反证法,他就不得不放弃对空间无限分割的前提——一言以蔽之,无穷有两层含义:一个是项数的无穷,一个是结果的无穷,项数的无穷不等于结果的无穷。

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下面我们来思考两个引申问题:

问题1:假如,阿基里斯跑的时候手里有个硬币,开始跑的时候记下乌龟的位置,在到达这个位置的时候就把硬币翻一个面,然后再看下乌龟的位置,在到达这个位置的时候再把硬币翻一个面,一直这么重复。请问阿基里斯在超过乌龟的时候硬币是正面还是反面?

问题2:假如阿基里斯超过乌龟后,你站在他的面前打开他手看了下硬币,假如是正面。然后你问阿基里斯,你刚才上一次看到硬币是反面的时候,是位于乌龟的前面还是后面?阿基里斯会怎么回答?

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逻辑方法解答

对于问题1:

硬币翻转的次数等于空间/时间无限分割的项数,项数无穷,所以翻转的次数是无穷。无穷是不能讨论奇偶性的——如果你认为它是奇数,总可以再增加一项仍然是无穷,使得项数变成偶数;反之亦然——从而得到翻转的次数既可以是奇数也可以是偶数,最终推得: 硬币既可能朝上,也可能朝下。

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对于问题2:

为了叙述方便,假设最终追上的地点是B。假设上次硬币是反面时在前面,那么说明此时阿基里斯已经到达B,而根据题设,到达B时硬币是正面,矛盾;再来假设上次硬币反面时在后面,并假设此时乌龟爬到A点,那么他要赶上乌龟,要经过A点和B点,到A点时硬币变成正面,到B点时硬币变成反面,与题设矛盾。两种假设都产生矛盾,所以得到: 上次硬币为反面时,阿基里斯既不可能在前面也不可能在后面。

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量子力学方法解答

对于问题1:

当阿基里斯与乌龟的距离小于普朗克长度时,根据海森堡测不准原理,其实是测不准位置的,换言之,根本就无法知道在哪里翻硬币,于是硬币既可能朝上也可能朝下了。

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如果说得更严格一些,要测量乌龟或者阿基里斯的位置就需要用光子这样的粒子去照射,通过反射来推算。

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但是距离越小,用于测量的光子的波长就越小,频率也就越高,能量也就越大——是不是就像一个黑洞?黑洞视界尺寸内,所有的物理规律都失效了。

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对于问题2:

既然在普朗克尺度下,无法精确测量阿基里斯与乌龟的距离,那么也没有办法知道何时在前何时在后了,换言之,原问题在现实物理规律的支配下就是个伪命题,从而:上次硬币为反面时,阿基里斯既不可能在乌龟的前面也不可能在后面。

后记

古希腊的先哲留下了太多的思想瑰宝,即便是到了数千年之后的现代,仍然有着指导意义。很多看似熟悉的东西,如果我们从不同的角度去深挖,就会发现更为深刻甚至震撼的真理。哲学、科学都是这样往前进步的。让我们一起感受智慧之光、体会科学之美!

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